题目内容
【题目】氮的固定意义重大,氮肥的大面积使用提高了粮食产量。
(1)目前人工固氮有效且有意义的方法是_______________(用一个化学方程式表示)。
(2)自然界发生的一个固氮反应是N2(B)+O2(g) 2NO(g),已知N2、O2、NO三种分子中化学键断裂所吸收的能量依次为946kJ·mol-1、498kJ·mol-1、632kJ·mol-1,则该反应的△H=____kJ·mol-1。
(3)恒压100kPa时,反应2NO(g)+O2(g)2NO2(g)中NO的平衡转化率与温度的关系曲线如图1,反应2NO2(g)
N2O4(g)中NO2的平衡转化率与温度的关系曲线如图2。
①图1中A、B、C三点表示不同温度、压强下2NO(g)+O2(g)2NO2(g)达到平衡时NO的转化率,则____________点对应的压强最大。
②恒压100kPa、25℃时,2NO2(g) N2O4(g)平衡体系中N2O4的物质的量分数为______________,列式计算平衡常数Kp=____________。(Kp用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数)
(4)室温下,用往射器吸入一定量NO2气体,将针头插入胶塞密封,然后迅速将气体体积压缩为原来的一半并使活塞固定,此时手握针筒有热感,继续放置一段时间。从活塞固定时开始观察,气体颜色逐渐__________(填“变深”或“变浅”),原因是________________。[已知2NO2(g)N2O4(g)在几微秒内即可达到化学平衡]
【答案】 N2+3H2 2NH3 +180 B 66.7% (100KPa/66.7%)/[100KPa/(1-66.7%]2 变浅 活塞固定时2NO2(g)
N2O4(g)已达平衡状态,因反应是放热反应,放置时气体温度下降,平衡向正反应方向移动,NO2浓度降低
【解析】分析:(1)游离态的氮元素反应生成化合态氮元素为氮的固定,如工业合成氨;(2)热化学方程式中,反应焓变=反应物的总键能-生成物的总键能,据此计算;(3)①2NO(g)+O2(g)2NO2(g),反应是气体体积减小的反应压强越大平衡正向进行,图中曲线上各点为等压不等温,通过控制变量做等温线确定ABC三点与曲线交点等温不等压,从而确定曲线以下的点压强小于100kPa,曲线以上的点压强大于100kPa;②利用三段法列式计算,恒压100kPa、25
时NO2的转化率为80%,设起始量二氧化氮物质的量为x,
2NO2(g) N2O4(g)
起始量(mol) x 0
变化量(mol) 0.8x 0.4x
平衡量(mol) 0.2x 0.4x
平衡体系中N2O4的物质的量分数=×100%=66.7%,
Kp用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数列式计算;
(4)压缩活塞平衡正移,反应放热,针管微热,活塞固定时2NO2(g) N2O4(g)已达平衡状态,放置时气体温度下降,平衡向正反应方向移动, NO2浓度降低,颜色变浅。
详解:(1)游离态的氮元素反应生成化合态氮元素为氮的固定,如工业合成氨,反应的化学方程式为: N2+3H2 2NH3,因此,本题正确答案是: N2+3H2
2NH3;
(2) N2(B)+O2(g) 2NO(g),已知N2、O2、NO三种分子中化学键断裂所吸收的能量依次为946kJ·mol-1、498kJ·mol-1、632kJ·mol-1,则该反应的△H=(946kJ·mol-1+498kJ·mol-1)-2×632kJ·mol-1=+180kJ·mol-1,因此,本题正确答案是:+180;
(3)①图中曲线上各点为等压不等温,通过控制变量做等温线确定ABC三点与曲线交点等温不等压,从而确定曲线以下的点压强小于100kPa,曲线以上的点压强大于100kPa,所以B点压强最大,因此,本题正确答案是:B;
②25时NO2的转化率为80%,设起始量二氧化氮物质的量为x,
2NO2(g) N2O4(g)
起始量(mol) x 0
变化量(mol) 0.8x 0.4x
平衡量(mol) 0.2x 0.4x
平衡体系中N2O4的物质的量分数=×100%=66.7%,
Kp用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压物质的量分数,
则Kp=(100KPa/66.7%)/[100KPa/(1-66.7%]2
因此,本题正确答案是: 66.7% ;(100KPa/66.7%)/[100KPa/(1-66.7%]2 。
(4)压缩活塞平衡正移,反应放热,针管微热,活塞固定时2NO2(g) N2O4(g)已达平衡状态,放置时气体温度下降,平衡向正反应方向移动,NO2浓度降低,颜色变浅。
因此,本题正确答案是:变浅;活塞固定时2NO2(g) N2O4(g)已达平衡状态,因反应是放热反应,放置时气体温度下降,平衡向正反应方向移动,NO2浓度降低。
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【题目】十九大报告提出了“积极参与全球环境治理,落实减排承诺”。其中氮的化合物的处理和利用是环境科学研究的热点。
(1)机动车排放的尾气中主要污染物为NOx ,可用 CH4 催化还原 NOx 以消除其污染。298 K时,1.0 g CH4 (g)与足量的NO气体完全反应生成N2、CO2和H2O(g),放出72. 5 kJ的热量。该反应的热化学方程式为_______________。
(2)氮氧化物与悬浮大气中的海盐粒子相互作用会生成NOCl,涉及的相关反应有:
热化学方程式 | 平衡常数 | |
① | 2NO2(g)+NaCl(s) | K1 |
② | 4NO2(g)+2NaCl(s) | K2 |
③ | 2NO(g)+Cl2(g) | K3 |
ΔH1、ΔH2、ΔH3之间的关系为ΔH3=___________;K1、K2、K3的关系为K3=____________。
(3)对汽车加装尾气净化装置,可使汽车尾气中含有的CO、NO2等有毒气体转化为无毒气体:4CO(g)+2NO2(g)4CO2(g)+N2(g) ΔH=-1200 kJ·mol-1。对于该反应,温度不同(T2﹥T1),其他条件相同时,下列图像正确的是________(填序号)。
(4)用活性炭还原法也可以处理氮氧化物。向某密闭容器中加入一定量的活性炭和NO,发生反应:C(s) +2NO(g)N2(g) + CO2(g) ΔH。在T1℃时,反应进行到不同时间测得各物质的浓度如下:
时间/min 浓度/mol·L-1 | 0 | 10 | 20 | 30 | 40 | 50 |
NO | 1.0 | 0.58 | 0.40 | 0.40 | 0.48 | 0.48 |
N2 | 0 | 0.21 | 0.30 | 0.30 | 0.36 | 0.36 |
CO2 | 0 | 0.21 | 0.30 | 0.30 | 0.36 | 0.36 |
① T1℃时,该反应在0~20min的平均反应速率v(CO2)=__________________;该反应的平衡常数K= _____________;
②30min后,只改变某一条件,根据上表的数据判断改变的条件可能是_______(填序号);
A. 加入一定量的活性炭 B. 恒温恒压充入氩气
C. 适当缩小容器的体积 D. 加入合适的催化剂
③若30min后升高温度至T2℃,达到平衡时,容器中NO、N2、CO2的浓度之比为5:3:3,则和原平衡相比,NO的转化率_____________(填“升高”或“降低”),ΔH_______0(填“﹥”、“﹤”或“=”)。
【题目】氮化铝(AlN)是一种新型无机材料,广泛应用于集成电路、陶瓷等生产领域。工业上由氧化铝与焦炭在氮气流中高温制得:Al2O3+3C+N22AlN+3CO。请回答:
(1)上述反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比___________________。
(2)制得的氮化铝产品中常含有Al4C3、Al2O3和C等杂质,已知:
稀硫酸(过量) | 浓NaOH溶液(过量) | |
AlN | 2AlN+4H2SO4=Al2(SO4)3+(NH4)2SO4 | AlN+NaOH+H2O=NaAlO2+NH3 ↑ |
Al4C3 | Al4C3+6H2SO4=2Al2(SO4)3+3CH4 ↑ | Al4C3+4NaOH+4H2O=4NaAlO2+3CH4 ↑ |
为测定产品中AlN和Al4C3的含量,设计了如下两套实验装置(在通风橱进行,可适当微热,忽略空气中水蒸气、CO2的影响及NH3在强碱性溶液中的溶解)。
装置I、II在反应前后的质量差分别为m1 g和m2 g,则m g产品中AlN的质量分数为______(用含m、m1、m2的代数式表示)。
(3)取装置I中反应后的滤液,先加入少量(NH4)2SO4溶液,然后依次进行蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、用少量酒精洗涤、滤纸吸干,得到铵明矾晶体[NH4Al(SO4)2·12H2O]。
①蒸发浓缩操作时,除需铁架台(带铁圈)、酒精灯、坩埚钳、玻璃棒外,还需要_______(填仪器名称);蒸发浓缩的操作;小火加热,不断搅拌,_________。
②用少量酒精洗涤的目的__________________________。
(4)已知:25℃时,Kw=1.0×10-14,Kb(NH3·H2O)=1.8×10-5,Kb(Al(OH)3]=1.4×10-9。
① NH4Al(SO4)2溶液中离子浓度由大到小的顺序_________________。
②(NH4)2SO4溶液中存在水解平衡,则水解平衡常数为_____________。